高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流的描述课堂检测

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第二册交变电流的描述课堂检测，共9页。试卷主要包含了周期和频率，峰值和有效值，正弦式交变电流的公式和图像等内容，欢迎下载使用。
考点一、周期和频率
1．周期(T)：交变电流完成一次周期性变化所需的时间．
2．频率(f)：周期的倒数叫作频率，数值等于交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数．
3．周期和频率的关系：T＝eq \f(1,f)或f＝eq \f(1,T).
4．角速度与周期、频率的关系：ω＝eq \f(2π,T)＝2πf.
二、峰值和有效值
1．峰值：交变电流的电压、电流能达到的最大数值叫峰值．电容器所能承受的电压要高于交流电压的峰值，否则电容器就可能被击穿．
2．有效值：让交变电流与恒定电流分别通过大小相同的电阻，如果在交变电流的一个周期内它们产生的热量相等，则此恒定电流的数值叫作交变电流的有效值．
3．在正弦式交变电流中，最大值与有效值之间的关系
E＝eq \f(Em,\r(2))＝0.707Em，U＝eq \f(Um,\r(2))＝0.707Um，I＝eq \f(Im,\r(2))＝0.707Im
三、正弦式交变电流的公式和图像
1．正弦式交变电流的公式和图像可以详细描述交变电流的情况．若线圈通过中性面时开始计时，交变电流的图像是正弦曲线．
2．若已知电压、电流最大值分别是Um、Im，周期为T，则正弦式交变电流电压、电流表达式分别为u＝Umsin eq \f(2π,Τ)t，i＝Imsin eq \f(2π,T)t.
技巧归纳
有效值的理解计算
1．有效值的理解
(1)交变电流的有效值是根据电流的热效应定义的，与电流的方向无关．
(2)“等效”理解：相同电阻、相同时间，产生相同热量．交变电流与多大的直流电“效果”相同，有效值就是多大．
2．有效值的计算方法
(1)分段计算交变电流在一个周期内产生的热量Q.
(2)让直流电流(实际上是恒定电流)通过相同的电阻，在交变电流一个周期内产生的热量等于Q.如Q＝I2RT或Q＝eq \f(U2,R)T，相对应的I、U即为交变电流、电压的有效值．
3．几种常见交变电流的有效值
交变电流的“四值”对比
二：考点题型归纳
题型一：交变电流的频率和峰值
1．(2022·山东·肥城市第一高级中学高二期末)如图所示，空间中分布着磁感应强度大小为B的匀强有界磁场，EF是其左边界，一面积为S的n匝圆形金属线框垂直于磁场放置，圆形线圈的圆心O在EF上，若线框以角速度ω绕EF匀速转动，并从图示位置开始计时，则( )
A．t=时，线框中的感应电流最大 B．t=时，穿过线框的磁通量最大
C．线框中产生的交变电动势的最大值为 D．线框中产生的交变电动势的有效值为

2．(2022·全国·高二课时练习)如图所示，单匝矩形线圈ab边长为20cm，bc边长为10cm，绕垂直于磁场方向的轴OO′匀速转动，转速为，若磁感应强度为0.1 T，线圈电阻为1Ω，从中性面处开始计时，则( )
A．转动过程中，线圈中磁通量的变化率恒定 B．1s内线圈中电流方向改变100次
C．线圈中感应电流的瞬时值表达式为 D．线圈消耗的电功率为
3．(2022·陕西渭南·高二期末)如图甲所示，在匀强磁场中，一矩形金属线框绕与磁场垂直的转轴匀速转动，产生的交变电动势的图像如图乙所示，则( )
A．t=0.005s时，线框平面与中性面重合B．线框产生的交变电动势频率为50Hz
C．t=0.01s时，线框的磁通量变化率最大D．线框产生的交变电动势有效值为311V
题型二：交变电流的瞬时值
4．(2022·河北·衡水市第二中学高二期中)一正弦交流电的电压随时间变化的规律如图所示。由图可知( )
A．该交流电的电压瞬时值的表达式为u=100sin(100πt)V B．该交流电的频率为25Hz
C．该交流电的电压有效值为100V D．若将该交流电压加在阻值R=100Ω的电阻两端，则电流为1A
5．(2022·江苏·常熟市尚湖高级中学高二期中)一个矩形线圈在匀强磁场中转动，产生的感应电动势按正弦规律变化，其瞬时值，下列说法中不正确的是( )
A．频率是50HzB．当t=0时，线圈平面与中性面重合
C．当时，e的值最大，为D．线圈转动的角速度为314rad/s
6．(2022·黑龙江·齐齐哈尔市教育局高二期末)如图为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，转动的角速度，线圈的匝数匝、电阻，线圈所围面积。线圈的两端经滑环和电刷与阻值的电阻相连，匀强磁场的磁感应强度。在时刻，线圈平面与磁场方向平行(取3.14，取10)，下列说法正确的是( )
A．从图示位置开始计时电流的瞬时表达式为
B．若在两端接一个交流电压表，则它的示数为
C．线圈从图示位置转过90°的过程中，通过的电荷量为
D．电阻消耗的电功率为
题型三：交变电流的有效值
7．(2022·江苏·南京外国语学校高二期末)如图，图甲为方波交变电流，图乙为正弦交变电流，则甲乙交流电的有效值之比为( )
B．3：2C．1：2D．
8．(2022·广东·饶平县第二中学高二期中)如图所示为一交变电流随时间变化的图像，正负半轴都是正弦曲线的一个部分，则此交变电流的有效值为( )
A．B．C．D．
9．(2022·浙江大学附属中学高二期中)一台小型发电机与计算机相连接，计算机能将发电机产生的电动势随时间变化的图像记录下来，如图甲所示，让线圈在匀强磁场中以不同的转速匀速转动，计算机记录了两次不同转速所产生正弦交流电的图像如图乙所示，则交流电b的有效值为( )
A．B．C．D．
题型四：交变电流的平均值和电量
10．(2022·江苏·南京外国语学校高二期末)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，在磁感应强度为B的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过的过程中，下列说法错误的是( )
A．t时刻穿过线圈的磁通量的变化率 B．t时刻穿过线圈的磁通量的变化率
C．通过电阻R的电荷量 D．电阻R产生的焦耳热

11．(2022·浙江·乐清市知临中学高二期中)如图甲所示为小型旋转电枢式交流发动机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕着垂直于磁场方向的轴匀速转动。线圈的匝数、电阻，线圈的两端经集流环与的电阻连接，电流表和电压表均为理想电表，若在时刻，线圈平面与磁场方向垂直，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按如图乙所示的余弦规律变化，则下列说法正确的是( )
A．此交流发电机产生感应电动势的最大值为 B．时刻，线圈处在与中性面垂直的位置
C．线圈从图示位置转过过程中的电荷量为 D．内电阻R上产生的焦耳热为
12．(2022·陕西省丹凤中学高二)单匝闭合矩形线框电阻为R，在匀强磁场中绕与磁感线垂直的轴匀速转动，穿过线框的磁通量Φ与时间的关系图像如图所示。下列说法正确的是( )
A．时刻线框平面与中性面垂直 B．线框的感应电动势有效值为
C．线框转一周外力所做的功为 D．从到过程中线框的平均感应电动势为
题型五：交变电流的图像问题
13．(2022·河北·衡水市第二中学高二期中)矩形线圈的匝数为50匝，在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动时，穿过线圈的磁通量随时间的变化规律如图1所示，线圈与灯泡和电表组成如图2所示的电路，图中电表均为理想交流电表，下列结论正确的是( )
A．在和时，电动势最大 B．时电压表的示数为0
C．在时，磁通量变化率为零 D．线圈产生的电动势的瞬时值表达式为e=157cs5πt(V)

14．(2022·全国·高二)如图甲所示，100匝矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁感线的中心轴匀速转动，产生的感应电动势e随时间的变化曲线如图乙所示，若外接电阻的阻值，线圈的电阻，则下列说法正确的是( )
A．线圈转动的角速度为 B．线圈磁通量变化率的最大值为100Wb/s
C．电压表的示数为90V D．通过线圈的最大电流为10A
15．(2022·全国·高二课时练习)为了研究交流电的产生过程，小张同学设计了如下实验构思方案：将单匝矩形线圈放在匀强磁场中，转轴位于、的中点。第一次线圈绕转轴按图示方向匀速转动(向纸外，向纸内)，并从图甲所示位置开始计时。此时产生的交流电如图乙所示。第二次他仅将转轴移至边上，第三次他仅将转轴右侧的磁场去掉，关于后两次的电流图像，下列说法正确的是( )
A．第二次是A图 B．第二次是C图 C．第三次是B图 D．第三次是D图
题型六：交变电路的综合问题
16．(2022·湖北·襄阳市第一中学高二阶段练习)如图所示，矩形线圈abcd在磁感应强度的匀强磁场中绕轴以角速度匀速转动，线圈共10匝，电阻，，，负载电阻。
(1)写出从图示位置开始计时线圈中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)求电阻R在0.1s内产生的热量；
(3)线圈从中性面开始，转过0.1s的过程中，求流过电阻R的电荷量。
17．(2022·浙江·宁波市北仑中学高二期中)如图所示，一个小型旋转电枢式交流发电机，其矩形线圈的边ab=dc=0.2m，边bc=ad=0.1m，共有n=100匝，总电阻为r=1Ω，与线圈两端相接触的集流环上接有一个阻值为R=9Ω的定值电阻，电压表为理想电表，线圈以角速度ω=10rad/s在磁感应强度为B=1T的匀强磁场中绕与磁场方向垂直的对称轴OOʹ匀速转动，从图示位置(线圈平面与磁场平行)开始计时，求：(π=3，结果可保留根号)
(1)写出线圈转动过程中感应电动势的瞬时值表达式；
(2)线圈从图示位置开始到转过60°时的瞬时电流；
(3)电压表示数；
(4)线圈转一圈的过程中电阻R上产生的焦耳热；
(5)从图示位置开始的 周期内通过R的电荷量。
18．(2022·江苏宿迁·高二期中)图甲所示为小型旋转电枢式交流发电机的原理图，其矩形线圈在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴按如图所示方向匀速转动，线圈的匝数n=50匝，电阻r=2Ω，线圈的两端经集流环与电阻R连接，阻值R=8Ω，与R并联的交流电压表为理想电表。在t=0时刻，线圈平面与磁场方向平行，穿过每匝线圈的磁通量随时间t按图乙所示正弦规律变化。(取π=3.14)求：
(1)交流发电机产生的电动势的最大值；
(2)电路中交流电压表的示数；
(3)从图示位置转过，通过线圈的电荷量和整个回路的焦耳热。
三：课堂过关精练
一、单选题
19．(2022·湖北·襄阳市第一中学高二阶段练习)如图甲所示为一交流发电机的示意图，两磁极间的磁场可视为匀强磁场，矩形金属线圈abcd绕轴匀速转动，线圈转动的过程中发电机的感应电动势e随时间t变化的图像如图乙所示，下列说法正确的是( )
A．此发电机电动势的有效值为10V
B．时，线圈平面与图示线圈的位置垂直
C．0.1~0.3s时间内，发电机的平均电动势为7.5V
D．发电机电动势的瞬时值表达式为
20．(2022·江苏省天一中学高二期中)如图是某交流发电机产生的交变电流的图像，根据图像可以判定( )
A．该交变电流的电流方向每秒改变5次
B．该交变电流的电压瞬时值表达式为
C．图像上对应的0.05s时刻，发电机中的线圈刚好转至中性面
D．将标有“12V、3W”的灯泡接在此交变电流上，灯泡可以正常发光
21．(2022·辽宁鞍山·高二阶段练习)如图表示一交变电流随时间而变化的图像，此交流电流的有效值是( )
A．5 AB．5A
C． AD．3.5A
22．(2022·贵州·晴隆县第三中学高二期中)一交流电压的表达式为(V)，由该表达式可知( )
A．t=0.01s时，用电压表测该电压时电压表的示数为0
B．该交流电压的周期为0.02s
C．将该电压加在100Ω的电阻两端，电阻消耗的电功率为50 W
D．时，该交流电压的瞬时值为50 V
23．(2022·全国·高二)如图所示，矩形线圈面积为S，匝数为N，线圈电阻为r，线圈在磁感应强度大小为B的匀强磁场中绕垂直于磁场方向的OO'轴以角速度ω匀速转动，外电路电阻为R。在线圈由图示位置转过90°的过程中，下列判断正确的是( )
A．电压表的读数为
B．通过电阻的电荷量为
C．电阻所产生的焦耳热为
D．当线圈由图示位置转过60°时电路中电流的大小为
24．(2022·全国·高二课时练习)如图所示，小型发电机的矩形线圈(电阻不计)在匀强磁场中绕垂直于磁场方向的固定轴匀速转动，通过电刷与副线圈匝数可调的理想变压器相连，副线圈上接有定值电阻R1、滑动变阻器R2和理想电压表。下列措施可以增大电压表示数的是( )
A．增大线圈转动的周期B．减小磁场的磁感应强度
C．向上移动副线圈的滑片P2D．向右移动滑动变阻器的滑片P1
25．(2022·全国·高二)发电机的转子线圈是匝数为100匝、边长为的正方形线圈，将它置于磁感应强度的匀强磁场中，绕着垂直于磁感线方向的轴以的角速度转动，当线圈平面跟磁场方向垂直时开始计时，线圈和外电路的总电阻。
(1)写出交变电流瞬时值的表达式；
(2)线圈从计时开始，转过过程中通过线圈某一截面的电荷量为多少？
(3)每秒钟产生多少焦耳热？
26．(2022·全国·高二)图(a)是交流发电机的原理图。一矩形线圈放置在匀强磁场中，并绕过、中点的轴以角速度逆时针匀速转动。若以线圈平面与磁场夹角时[图(b)]为计时起点，并规定当电流自a流向b时电流方向为正，得到的电流随“角度”变化的图像如图(c)所示(注意：图中横坐标不是时间t，而是)。
(1)将一个小电容接入正弦交流电路中，它的耐压值必须多大？
(2)写出图(c)所示的电流i的表达式。
交变电流名称
交变电流图象
有效值
正弦式交变电流
eq \a\vs4\al()
U＝eq \f(1,\r(2))Um
正弦半波交变电流
eq \a\vs4\al()
U＝eq \f(1,2)Um
正弦单向脉冲电流
eq \a\vs4\al()
U＝eq \f(Um,\r(2))
矩形脉冲电流
eq \a\vs4\al()
U＝eq \r(\f(t,T))Um
非对称性交变电流
eq \a\vs4\al()
U＝
物理含义
重要关系
适用情况
瞬时值
交变电流某一时刻的值
e＝Emsinωt
i＝Imsinωt
计算线圈某一时刻的受力情况
最大值
最大的瞬时值
Em＝NBSω
Im＝eq \f(Em,R＋r)
确定用电器的耐压值
有效值
跟交变电流的热效应等效的恒定电流值
E＝eq \f(Em,\r(2))
U＝eq \f(Um,\r(2))
I＝eq \f(Im,\r(2))
(1)计算与电流热效应相关的量(如功率、热量)
(2)交流电表的测量值
(3)电气设备标注的额定电压、额定电流
(4)保险丝的熔断电流
平均值
交变电流图象中图线与时间轴所夹面积与时间的比值
E＝neq \f(ΔΦ,Δt)
I＝eq \f(E,R＋r)
计算通过电路截面的电荷量